Vulcan est un lanceur lourd américain développé depuis 2015 par (ULA) pour remplacer à la fois les lanceurs et .
vignette| gauche| Vulcan durant son transport au pas de tir SLC-41 avant son vol inaugural. L'objectif est d'abaisser le coût de ses lancements dans un marché devenu plus concurrentiel, mais également de ne plus être dépendant du motoriste russe qui fournit le moteur RD-180 propulsant le premier étage de l'Atlas V. Le lanceur dans sa configuration la plus puissante est capable de placer une charge utile de en orbite de transfert géostationnaire et de en orbite basse. Initialement prévu pour 2019, le vol inaugural a finalement lieu le .
Contexte
United Launch Alliance (ULA) est une coentreprise américaine entre Boeing et Lockheed Martin qui produit les lanceurs spatiaux moyen/lourd et . Ces deux lanceurs ont été développés à la fin des années 1990 dans le cadre du programme Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) de l'Armée de l'air américaine. Celle-ci souhaitait disposer de nouveaux moyens de lancement pour ses satellites. Pour des raisons liées à la fois aux exigences de l'armée (notamment le maintien de pas de tir redondants sur les côtes est et ouest), aux cadences de tir limitées pour le Delta IV et à l'existence du marché captif des satellites militaires, le coût de ces lanceurs est très élevé, ce qui les tient à l'écart du marché des satellites commerciaux. En dehors des satellites militaires, le principal débouché est constitué par les satellites scientifiques de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) (notamment ses sondes spatiales).
Au début des années 2010, deux événements remettent en cause la position d'ULA sur le marché des lanceurs. : l'apparition du concurrent qui propose à des prix attractifs le lanceur moyen et développe le lanceur lourd Falcon Heavy qu'il annonce vouloir commercialiser à un tarif qu'ULA ne peut égaler ; le lanceur Atlas V utilise pour son premier étage un moteur RD-180 très performant mais fourni par un constructeur russe. Le regain de tension entre les États-Unis et la Russie lié au conflit en Ukraine en 2014 s'est traduit par un embargo économique partiel. Dans ce contexte, le Congrès américain porte une appréciation négative sur le fait que le lancement de satellites jouant un rôle important dans la sécurité de la nation dépende d'un fournisseur russe.
ULA réagit en annonçant le le développement d'un nouveau lanceur, baptisé Vulcan, qui doit remplacer à la fois les lanceurs et . L'objectif est de rétablir sa compétitivité vis-à-vis de ses concurrents et de mettre fin à sa dépendance vis-à-vis de son fournisseur russe. Le prix de vente annoncé est de de dollars pour la version de base et de de dollars pour la version lourde. Ces prix sont à comparer à ceux des lanceurs existants d'ULA : de dollars pour l'Atlas V 401 et de dollars pour le . L'innovation la plus marquante du nouveau lanceur est le recours à un moteur-fusée complètement nouveau et en cours de conception, le BE-4, pour propulser le premier étage du lanceur. Le BE-4 utilise pour la première fois dans un moteur-fusée de cette taille le mélange méthane/oxygène. Par ailleurs, il n'est pas produit par le constructeur historique Aerojet Rocketdyne mais par Blue Origin. ULA, pour limiter les risques, se réserve toutefois la possibilité d'utiliser à la place l', un moteur équivalent développé par Aerojet Rocketdyne, mais brûlant le mélange classique RP-1/LOX, si la mise au point du BE-4 s'avère problématique. En , ULA annonce qu'elle sélectionne définitivement le moteur-fusée BE-4 et qu'elle abandonne complètement l'idée de recourir à l'AR-1..
Développement du lanceur Le jour du lancement du projet de son nouveau lanceur Vulcan le , la société ULA annonce le planning suivant. : un appel d'offres en 2015 auprès des deux spécialistes Aerojet Rocketdyne et Orbital ATK pour développer de nouveaux propulseurs d'appoint à propergol solide plus puissants que ceux utilisés par les lanceurs actuels ; le déploiement d'un nouveau lanceur en quatre phases. Dans sa première version, dont le premier vol devait intervenir en 2019, seul le premier étage est nouveau. Le second étage (ACES) sera ensuite proposé et la récupération des moteurs se fera à partir de la troisième version. Enfin la dernière version permettra de réaliser le ravitaillement en orbite d'engins spatiaux.
Financement En 2016, Tory Bruno, le PDG de United Launch Alliance, estimait que le coût de développement d'un nouveau lanceur était d'environ de dollars, dont la moitié pour la mise au point de la propulsion principale. En , le gouvernement américain alloue de dollars à ULA pour le développement de la fusée Vulcan dans le cadre d'un partenariat public-privé. Dès 2016, l'Armée de l'air des États-Unis avait alloué de dollars au projet afin de pré-financer de futurs contrats de lancement de ses satellites...
Conception et fabrication
Tests de mise à feu statique Le premier exemplaire du premier étage de la fusée Vulcan est transféré en de l'usine de Decatur (Alabama) au complexe de lancement 41 de la base de Cape Canaveral en Floride pour les premiers tests statiques.. Des tests de remplissage sont effectués en août, septembre et .. Le , un étage Centaur est détruit sur son banc d'essais, mais les investigations menées par la suite aboutissent à la conclusion qu'il s'agit d'un défaut mineur. Le débutent les tests de mise à feu statique du premier étage..
Premiers contrats
Caractéristiques techniques Le lanceur Vulcan comprend dans sa version de base un étage propulsé par deux moteurs-fusées BE-4, un deuxième étage Centaur dans une version élargie et deux propulseurs d'appoint à propergol solide GEM-63 XL. Deux versions plus puissantes sont disponibles, toutes deux utilisant six propulseurs d'appoint GEM-63 XL, tandis que la version la plus lourde dispose d'un étage Centaur allongé avec des moteurs plus puissants. À côté de ces versions standards, le constructeur propose de manière optionnelle des versions comprenant 0, 2 ou d'appoint. Les performances du lanceur lui permettent d'égaler celles de la version du le plus puissant. Le lanceur a une hauteur totale de (coiffe courte), (coiffe longue) ou (version Heavy avec coiffe longue)...
En fonction de sa configuration, le lanceur peut placer une charge utile comprise entre 10,6 et en orbite terrestre basse et entre 2,9 et en orbite de transfert géostationnaire.
+Performances des différentes versions.Désignation VC0 VC2 VC4 VC6 VC-upgradePremier étage Vulcan CentaurVulcan Centaur HeavyPropulseurs d'appoint 024 6 6Deuxième étage Centaur Centaur allongéOrbite terrestre basse Station spatiale internationale Orbite polaire Orbite de transfert géostationnaire 3,5 t8,4 t 11,7 t 14,5 Orbite basse (, inclinaison 28,7°),orbite polaire (, 90°), Orbite de l'ISS (, 51,6°).
Premier étage vignette|redresse=1.2|Premier exemplaire du moteur-fusée BE-4 dont deux exemplaires propulsent le premier étage (2018).
Le premier étage est long de pour un diamètre de . Les deux réservoirs sont autoporteurs et formés d'un cylindre et de deux dômes en aluminium orthogrille. Le premier étage est propulsé par deux moteurs-fusées BE-4 fournissant ensemble une poussée au décollage de (), contre () pour le moteur RD-180 de l'. Ce moteur brûle un mélange méthane/oxygène qui permet d'envisager des moteurs réutilisables . Il utilise un cycle à combustion étagée très performant lui permettant d'atteindre une impulsion spécifique de dans le vide. La pression dans la chambre de combustion est de ..
Second étage
vignette|redresse=1.2|Un moteur-fusée RL-10 de type B-2.
Dans un premier temps, le lanceur doit utiliser une version modifiée du second étage Centaur déjà mis en œuvre sur les lanceurs existants. La version utilisée par le lanceur () a un diamètre de . La version utilisée par le lanceur Vulcan () a un diamètre porté à pour une longueur de et elle peut emporter . L'étage est propulsé par deux RL-10C d'Aerojet Rocketdyne. Une nouvelle version de cet étage doit être développée pour la version lourde (Heavy) de Vulcan. Cette version comporte des réservoirs allongés (de 11,7 à ) et utilise une version plus puissante du RL-10 (RL-10CX). Alors que la version actuelle de ce moteur-fusée est réalisée complètement manuellement (la paroi est réalisée en soudant des tubes les uns aux autres, ce qui nécessite de nombreuses heures de main-d'œuvre), le processus de fabrication sera automatisé..
Propulseurs d'appoint Le lanceur Vulcan dispose selon les versions de 0 à d'appoint GEM-63 XL à propergol solide, plus puissants que ceux utilisés par le lanceur Atlas. Ceux-ci sont longs de pour un diamètre de . L'enveloppe est réalisée en graphite-époxy. Ils sont allumés au décollage et sont éjectés environ plus tard.
Coiffe Le lanceur dispose de deux modèles de coiffe pour protéger la charge utile d'un diamètre de qui se différencient par leur longueur ( et ). La coiffe est composée de deux demi-coques constituées d'un sandwich composite comprenant une structure en nid d'abeilles d'aluminium avec des panneaux en graphite époxy.
Codification des versions Le type du lanceur est identifié par un code à quatre caractères (par exemple VC4L). : Le premier caractère désigne le lanceur (V=Vulcan) ; Le deuxième caractère désigne le deuxième étage (C=Centaur) ; Le troisième caractère est le nombre de propulseurs d'appoint (0 à 6) ; Le dernier caractère corresponde au type de coiffe (L=Longue, S=Short (courte)).
Comparaison avec les lanceurs existants ou en cours de développement +Comparaison des caractéristiques et performances des lanceurs lourds développés durant la décennie 2010.......... Charge utile Lanceur Premier vol Masse Hauteur Poussée Orbite basse Orbite GTO Autre caractéristique Vulcan (Heavy)2024 New Glenn2025 Premier étage réutilisable Falcon Heavy (sans récupération)2018 Premier étage réutilisable Space Launch System (Bloc I)2022 (64)2024 H3 (24L)2022 OmegA (Heavy)2021 (annulé) Projet abandonné (bloc 5 sans récupération)2018 Premier étage réutilisable 2016
Évolutions envisagées L'étage ACES remplaçant futur de l'étage Centaur ? À une échéance non fixée, l'étage Centaur doit être remplacé par un nouvel étage baptisé . Celui-ci utilisera les mêmes ergols cryogéniques que l'étage Centaur (oxygène et hydrogène liquide) et aura comme celui-ci recours à des réservoirs-ballons (réservoirs aux parois minces qui ne conservent leur intégrité qu'en étant maintenus en permanence sous pression). Trois moteurs-fusées sont envisagés pour sa propulsion : une version évoluée du RL-10 d'Aerojet Rocketdyne qui propulse l'étage Centaur, le BE-3U proposé par Blue Origin ou un moteur XR-5K18 de XCOR Aerospace. L'atout d'ACES est son système de récupération de l'hydrogène et de l'oxygène gazeux qui est généré en vol par le réchauffement progressif des réservoirs et qui normalement est largué. Ces gaz seront récupérés et utilisés à la fois pour pressuriser les réservoirs (pressurisation autogène), produire de l'électricité et alimenter le système de contrôle d'attitude. Ce système baptisé Integrated Vehicle Fluids System doit permettre de prolonger à plusieurs semaines la durée de fonctionnement de l'étage supérieur contre actuellement quelques heures. Un tel système permet, par exemple, de placer en orbite un étage destiné à être utilisé par un vaisseau spatial lancé dans un deuxième temps dans le cadre d'une mission interplanétaire.
Cependant, en 2020, ULA annonce que le développement de cet étage est suspendu indéfiniment..
Récupération des moteurs du premier étage